西漢元鼎六年（前111），將軍李息、郎中令徐自為征羌，兵至青海東部，包括大通在內(nèi)的湟水流域地區(qū)納入西漢版圖。
神爵二年（前60），在西平亭以西置臨羌縣，上隸于金城郡，今大通縣地時(shí)屬臨羌縣。
東漢建安年間，分金城郡置西平郡，領(lǐng)西都、臨羌、長寧、安夷4縣，大通縣地先后屬西都、長寧縣。
魏晉至北朝末，大通仍屬西都、長寧縣。
公元4世紀(jì)初，西晉中央政權(quán)開始分裂，大通地區(qū)先后被前涼、前秦、后涼、南涼、西秦、北涼等地方政權(quán)迭據(jù)。
北魏太延五年（439），北涼投降北魏，今大通地為北魏轄地。
孝昌二年（526）后，陷于吐谷渾。
北周建德五年（576），北周擊敗吐谷渾，大通地區(qū)歸北周統(tǒng)治。
隋開皇元年（581），隋取代北周，大通地區(qū)歸隋。
唐武德二年（619），在今青海東部地區(qū)設(shè)鄯州和廓州，大通為鄯州地。
貞觀元年（627），隴右道以鄯州為中心，轄青海湟水流域包括大通在內(nèi)的地區(qū)。
至德二年（757），吐蕃攻占西平。
大通地區(qū)自此歸吐蕃控制。
大中五年（851），沙州（今甘肅安西東，治敦煌）首領(lǐng)張義潮起義，先后收復(fù)瓜、沙、鄯、廓等11州，河湟地區(qū)包括大通在內(nèi)盡歸于唐，大通為鄯州屬地。
北宋大中祥符七年（1014），大通為河湟吐蕃唃廝啰政權(quán)轄地。
元符二年（1099），宋朝收復(fù)青海東北部地區(qū)。
崇寧三年（1104），改鄯州為西寧州，大通屬西寧州。
南宋紹興元年，金天會(huì)九年（1131），金兵占領(lǐng)西寧，今大通縣地屬金西寧州轄地。
西夏大德二年（1136），西夏進(jìn)占青海東部河湟地區(qū)，仍置西寧州，大通縣地屬西夏西寧州轄地。
寶慶三年（1227），成吉思汗所屬軍隊(duì)攻占西寧州，大通遂為蒙古族統(tǒng)治地區(qū)。
元至元十八年（1281），置甘肅行中書省（駐今張掖），轄西寧州，大通屬西寧州管轄。
明洪武四年（1371），明軍進(jìn)入西寧州，次年，改西寧州為西寧衛(wèi)，轄大通地，上隸于陜西行都司。
明末清初，大通屬青海蒙古族和碩特部。
雍正三年（1725），改西寧衛(wèi)為西寧府。
筑大通（今門源縣城）、白塔（今大通城關(guān)）、永安三城，置大通衛(wèi)（治大通城），轄白塔、永安二營，屬西寧府管轄。
乾隆九年（1744），大通衛(wèi)署遷于白塔城；乾隆二十六年（1761），改大通衛(wèi)為大通縣。
1913年始，大通縣由西寧道管轄。
1929年1月，青海建省，大通為青海省直屬縣，同時(shí)將原大通縣紅山堡劃歸新置門源縣轄。
1949年9月9日，大通解放，9月15日，大通縣人民政府成立，直屬青海省人民政府。
1960年5月8日，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，大通縣劃歸西寧市領(lǐng)導(dǎo)。
1961年8月15日起，大通縣仍劃為省直屬縣。
1966年5月16日，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，大通縣劃為西寧市轄縣。
1985年11月6日，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，成立大通回族土族自治縣。